干货 | Solidity 安全：已知攻击方法和常见防御模式综合列表，Part-5

链讯作者：慢雾科技 2018-07-30 17:48:33 阅读：289

推广：一定要看到最后，这应该是本年度最佳爽片。

原文链接: https://blog.sigmaprime.io/solidity-security.html
作者: Dr Adrian Manning
翻译&校对: 爱上平顶山@慢雾安全团队 & keywolf@慢雾安全团队

致谢(校对)：yudan、阿剑@EthFans

本文由慢雾安全团队翻译，这里是最新译文的 GitHub 地址：https://github.com/slowmist/Knowledge-Base/blob/master/solidity-security-comprehensive-list-of-known-attack-vectors-and-common-anti-patterns-chinese.md。

1. 未检查的 CALL 返回值

Solidity 中有很多方法可以执行外部调用。向外部账户发送 Ether 通常通过 transfer() 方法完成。不过，也可以使用 send() 功能，而且，对于更多功能的外部调用，在 Solidity 中可以直接使用 CALL 操作码。 call() 和 send() 函数会返回一个布尔值，显示调用是成功还是失败。

因此，这些功能有一个简单的警告作用，如果（由 call() 或 send() 初始化的）外部调用失败，执行这些函数的交易将不会回滚，反而 call() 或 send() 将简单地返回 false 。当没有检查返回值时，会出现一个常见的错误，并不是开发人员希望的那样发生回滚。

有关进一步阅读，请参阅 DASP Top 10 和剖析以太坊线上合约中的“Unchecked-Send”错误。

1.1 漏洞

考虑下面的例子：

contract Lotto {

    bool public payedOut = false;
    address public winner;
    uint public winAmount;

    // ... extra functionality here 

    function sendToWinner() public {
        require(!payedOut);
        winner.send(winAmount);
        payedOut = true;
    }

    function withdrawLeftOver() public {
        require(payedOut);
        msg.sender.send(this.balance);
    }
}

这份合约代表了一个类似于大乐透的合约，在这种合约中， winner 会收到 winAmount 个 Ether，通常只剩下一点让其他人取出。

错误存在于第 [11] 行，其中使用 send() 而不检查响应值。在这个微不足道的例子中， winner的交易失败（无论是通过耗尽 Gas、通过故意抛出回退函数的合约，还是调用堆栈深度攻击）可以使得 payedOut 被设置为 true （无论是否发送了 Ether）。在这种情况下，公众可以通过 withdrawLeftOver() 函数取出属于 winner 的奖金。

1.2 预防技术

只要有可能，使用 transfer() 功能，而不是 send() ，因为，如果外部交易回滚， transfer() 会触发回滚。如果需要使用 send() ，请务必检查返回值。

一种更强大的推荐用法是采取 withdrawel（取出）模式。在这个解决方案中，每个用户都得调用相互隔离的函数（即 withdrawel 函数），这一函数会处理将 Ether 发送到合约以外的交易，因此，它会分别处理发送失败的交易结果。这个想法是将外部发送功能与代码库的其余部分进行逻辑隔离，并将可能失败的交易负担交给正在调用 withdrawel 函数的最终用户。

1.3 真实的例子：Etherpot 和 King of Ether

Etherpot 是一个彩票智能合约，与上面提到的示例合约不太相似。Etherpot 的 Soloidity 代码可以在这里找到：lotto.sol。这个合约的主要缺点是对块哈希的不当使用（只有最后 256 个块的哈希值是可用的，请参阅 Aakil Fernandes 关于 Etherpot 如何正确实现的帖子。然而，这份合约也受到未经检查的 Call 返回值的影响。注意lotto.sol 的行[80] 上的函数 cash() ：

  function cash(uint roundIndex, uint subpotIndex){

        var subpotsCount = getSubpotsCount(roundIndex);

        if(subpotIndex>=subpotsCount)
            return;

        var decisionBlockNumber = getDecisionBlockNumber(roundIndex,subpotIndex);

        if(decisionBlockNumber>block.number)
            return;

        if(rounds[roundIndex].isCashed[subpotIndex])
            return;
        //Subpots can only be cashed once. This is to prevent double payouts

        var winner = calculateWinner(roundIndex,subpotIndex);    
        var subpot = getSubpot(roundIndex);

        winner.send(subpot);

        rounds[roundIndex].isCashed[subpotIndex] = true;
        //Mark the round as cashed
}

请注意，在行[21]，发送函数的返回值没有被检查，然后下一行设置了一个布尔值，表示已经向赢家发送了属于他们的奖金。这个错误可能引发一种状态，即赢家没有收到他们的 Ether，但是合约状态表明赢家已经得到了支付。

这个错误的更严重的版本发生在 King of the Ether。已经有人写出一篇优秀的事后检验报告，详细介绍了一个未经检查的 send() 失败交易可以如何用于攻击合约。

2. 条件竞争/抢先提交

将对其它合约的外部调用以及底层区块链的多用户特性结合在一起，会在 Solidity 中产生各种潜在的缺陷，用户可能会争用（race）代码产生意外状态。可重入漏洞是这种条件竞争（Race Conditions）的一个例子。在本节中，我们将更一般地讨论以太坊区块链上可能发生的各种竞态条件。在这个领域有很多不错的帖子，其中一些是：以太坊Wiki - 安全，DASP - 前台运行和共识以及智能合约最佳实践。

2.1 漏洞

与大多数区块链一样，以太坊节点汇集交易并将其打包成块。一旦矿工获得了共识机制（目前以太坊上实行的是 ETHASH 工作量证明算法）的一个解，这些交易就被认为是有效的。挖出该区块的矿工同时也选择将交易池中的哪些交易包含在该区块中，一般来说是根据交易的 gasPrice来排序。在这里有一个潜在的攻击媒介。攻击者可以监测交易池，看看其中是否存在问题的解决方案（如下合约所示）、修改或撤销攻击者的权限的交易或攻击者不想要的合约状态变更。然后攻击者可以从该中获取数据，并创建一个 gasPrice 更高的交易，（让自己的交易）抢在原始交易之前被打包到一个区块中。

让我们看看这可以如何用一个简单的例子。考虑合约 FindThisHash.sol ：

contract FindThisHash {
    bytes32 constant public hash = 0xb5b5b97fafd9855eec9b41f74dfb6c38f5951141f9a3ecd7f44d5479b630ee0a;

    constructor() public payable {} // load with ether

    function solve(string solution) public {
        // If you can find the pre image of the hash, receive 1000 ether
        require(hash == sha3(solution)); 
        msg.sender.transfer(1000 ether);
    }
}

想象一下，这个合约包含 1000 个 Ether。可以找到 sha3 哈希值为 0xb5b5b97fafd9855eec9b41f74dfb6c38f5951141f9a3ecd7f44d5479b630ee0a 的原象（Pre-image）的用户可以提交解决方案，然后取得 1000 Ether。让我们假设，一个用户找到了答案 Ethereum! 。他们可以调用 solve() 并将 Ethereum! 作为参数。不幸的是，攻击者非常聪明，他监测交易池看看有没有人提交解决方案。他们看到这个解决方案，检查它的有效性，然后提交一个 gasPrice 远高于原始交易的相同交易。挖出当前块的矿工可能会因更高的 gasPrice而偏爱攻击者发出的交易，并在打包原始交易之前接受他们的交易。攻击者将获得1000 Ether，解决问题的用户将不会得到任何东西（因为合约中没有剩余的 Ether）。

未来 Casper 实现的设计中会出现更现实的问题。Casper 权益证明合约涉及罚没条件，在这些条件下，注意到验证者双重投票或行为不当的用户被激励提交验证者已经这样做的证据。验证者将受到惩罚、用户会得到奖励。在这种情况下，可以预期，矿工和用户会抢先提交（Front-run）所有这样的证据（以获得奖励），这个问题必须在最终发布之前解决。

2.2 预防技术

有两类用户可以执行这种抢先提交攻击。用户（他们可以修改他们交易的 gasPrice ）和矿工自己（他可以依自己的意愿安排包含在块中的交易）。易受第一类（用户）攻击的合约比易受第二类（矿工）影响的合约明显更差，因为矿工只能在挖出某个块时执行攻击，对任何单个矿工来说都不太可能针对特定区块发动攻击（译者注：因为他们不一定能挖出特定高度的区块）。在这里，我将列出一些与他们可能阻止的攻击者类别有关的缓解措施。

可以采用的一种方法是在合约中创建逻辑，设置 gasPrice 的上限。这可以防止用户增加 gasPrice 并因超出上限而获得优先的交易排序。这种预防措施只能缓解第一类攻击者（任意用户）。在这种情况下，矿工仍然可以攻击合约，因为无论 Gas价格如何，他们都可以安排包含在他们的块中的交易。

一个更强大的方法是尽可能使用承诺-公开（commit-reveal）方案。这种方案规定用户使用隐藏信息（通常是哈希值）发送交易。在交易已包含在块中后，用户将发送一个交易来显示已发送的数据（reveal 阶段）。这种方法可以防止矿工和用户从事抢先交易，因为他们无法确定交易的内容。然而，这种方法不能隐藏交易价值（在某些情况下，这是需要隐藏的有价值的信息）。ENS 智能合约允许用户发送交易，其承诺数据包括他们愿意花费的金额。用户可以发送任意值的交易。在披露阶段，用户可以取出交易中发送的金额与他们愿意花费的金额之间的差额。

Lorenz、Phil、Ari 以及 Florian 的进一步建议是使用 Submarine Sends。这个想法的有效实现需要 CREATE2 操作码，目前还没有被采用，但可能出现在即将到来的硬分叉上。

2.3 真实世界的例子：ERC20 和 Bancor

ERC20是相当知名的在以太坊上开发代币的标准。这个标准有一个潜在的抢先提交漏洞，这个漏洞是由于 approve() 功能而产生的。这个漏洞的一个很好的解释可以在这里找到。

该标准规定的 approve() 功能如下：

function approve(address _spender, uint256 _value) returns (bool success)

该功能让用户可以授权其他用户代表他们转移代币。当用户Alice 批准（Approve） 她的朋友 Bob 花费 100 tokens 时，这种先发制人的漏洞就会出现。Alice 后来决定，她想撤销对 Bob 花费 100 tokens 的批准，所以她创建了一个交易，设置 Bob 的份额为 50 tokens 。Bob 一直在仔细监测链上数据，看到这笔交易之后他建立了一笔他自己的交易，花费了 100 tokens 。他给自己的交易设置了比 Alice 交易更高的 gasPrice ，让自己的交易优先于她的交易。一些 approve() 的实现允许 Bob 转移他的 100 tokens ，然后当 Alice 的交易被提交时，重置 Bob 的批准份额为 50 tokens ，实际上允许 Bob 调动 150 tokens 。上面链接到的文档给出了针对这一攻击的缓解策略。

另一个突出的现实世界的例子是 Bancor。Ivan Bogatty 和他的团队记录了对 Bancor 初始实现的有利可图的攻击。他的博客文章和Devcon 3 演讲详细讨论了这是如何完成的。基本上，代币的价格是根据交易价值确定的，用户可以观测 Bancor 交易的交易池，并抢先提交它们以从价格差异中获利。Bancor 团队已经解决了这种攻击。